JP2002541490A - Radiation detector and apparatus used for surface beam radiography and method for detecting ionizing radiation - Google Patents

Radiation detector and apparatus used for surface beam radiography and method for detecting ionizing radiation

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JP2002541490A
JP2002541490A JP2000611108A JP2000611108A JP2002541490A JP 2002541490 A JP2002541490 A JP 2002541490A JP 2000611108 A JP2000611108 A JP 2000611108A JP 2000611108 A JP2000611108 A JP 2000611108A JP 2002541490 A JP2002541490 A JP 2002541490A
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JP
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avalanche
detector
anode
cathode
detector according
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JP2000611108A
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Japanese (ja)
Inventor
フランケ、トム
ペスコフ、ブラジミール
Original Assignee
エックスカウンター アーベー
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    • H01J47/04Capacitive ionisation chambers, e.g. the electrodes of which are used as electrometers
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Abstract

(57)【要約】 電離放射線を検出するための検出器64、このような検出器を含む面ビームラジオグラフィー用装置及び電離放射線を検出する方法。該検出器は、イオン化可能な媒体で充満されたチャンバー、前記チャンバー内に変換容積(13)を有する間隙をおいて配された第一及び第二電極装置(2、1、18、19)、前記チャンバー内に配置された電子アバランシェ増幅手段(17)、及び電子アバランシェを検出する少なくとも一つの読み出し素子装置(15)より構成されている。放射線入射口は、放射線が第一及び第二電極装置間の変換容積に入射するよう設けられている。アバランシェを明確に形成するために電子アバランシェ増幅手段は、複数のアバランシェ領域を含む。 (57) Abstract: A detector 64 for detecting ionizing radiation, an apparatus for surface beam radiography including such a detector, and a method for detecting ionizing radiation. The detector comprises a chamber filled with an ionizable medium, first and second electrode devices (2, 1, 18, 19) disposed in the chamber with a gap having a conversion volume (13); It comprises an electronic avalanche amplifying means (17) arranged in the chamber and at least one read element device (15) for detecting an electronic avalanche. The radiation inlet is provided such that the radiation is incident on the conversion volume between the first and second electrode devices. To clearly form an avalanche, the electronic avalanche amplification means includes a plurality of avalanche regions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、イオン化可能なガスで充填されたチャンバーと、このチャンバー内
に間に変換及びドリフト容積を含む間隙をおいて設けられた第一及び第二電極装
置と、間隙内に配された電子アバランシェ増幅手段と、少なくとも一つの電子ア
バランシェを検出する読み出し素子装置とからなる電離放射線検出装置と、この
ような検出器を含むビームラジオグラフィーに使用する装置と、放出電子を発生
させるためにガスで充填された変換及びドリフト容積内で気体原子と放射線が相
互作用する電離放射線を検出する方法に関する。
The present invention comprises a chamber filled with an ionizable gas, first and second electrode devices provided with a gap containing a conversion and drift volume in the chamber, and a gap disposed within the gap. An ionizing radiation detector comprising: an electronic avalanche amplifying means; a readout device for detecting at least one electronic avalanche; a device used for beam radiography including such a detector; and a device for generating emitted electrons. The invention relates to a method for detecting ionizing radiation in which radiation interacts with gas atoms in a conversion and drift volume filled with gas.

【0002】 上記の種類の検出器及び装置は同時係属出願中のPCT-application PCT/SE98/0
1873号に記載されているが、ここでは参考文献として組み入れている。当該参考
文献に記載の検出器はガス平行板アバランシェチェンバーを備える。この検出器
は、良好な解像力を有し、X線検出効率高く、また検出器に入射する全光子を計
数することが可能である。これは、エネルギー検出、特定エネルギー範囲の光子
からの検出信号あるいは陽極または陰極からの特定の距離範囲で入力した光子か
らの検出信号の識別等、検出信号を処理する場合に更に大きな可能性が得られる
[0002] Detectors and devices of the above type are co-pending PCT-application PCT / SE98 / 0
No. 1873, which is incorporated herein by reference. The detector described in that reference comprises a gas parallel plate avalanche chamber. This detector has good resolution, high X-ray detection efficiency, and is capable of counting all photons incident on the detector. This has even greater potential when processing detection signals, such as energy detection, identification of detection signals from photons in a specific energy range or photons input within a specific distance range from the anode or cathode. Can be

【0003】 この種の検出器を面ビームラジオグラフィー、すなわちスリット式あるいは走
査式ラジオグラフィーに使用する場合は、被写体にほんの低線量X線光子を照射
するだけで高画質の画像が得られる撮影装置が提供できる。
When this type of detector is used for surface beam radiography, that is, slit type or scanning type radiography, a high quality image can be obtained simply by irradiating a subject with only a low dose of X-ray photons. Can be provided.

【0004】 本発明の分野に属する別の上述の種の検出器及び装置は、EP−A1−081
0631号に開示されている。
Another detector and device of the above-mentioned kind belonging to the field of the invention is EP-A1-081
No. 0631.

【0005】 ガス平行板アバランシェチャンバーについては、陽極及び陰極板は平行である
ことが必要であると思われており、極板間の平行を達成するため多くの努力がな
されてきた。しかしながら、臨界点は、電子がアバランシェ増幅される距離、即
ち電子アバランシェの長さが、ガス平行板アバランシェチャンバー内の異なる位
置で変わらないということである。その理由は、増幅がアバランシェの出発点か
ら終点までの距離に強く依存しているからである。しかしながら、アバランシェ
陽極と陰極は、それらの間の距離と比較してそれらが延びる面において大きな寸
法を有している。従って、それらの距離又は間隙に充分な均一性を持たせるのは
非常に困難且つ費用がかかる。
For gas parallel plate avalanche chambers, it is believed that the anode and cathode plates need to be parallel and much effort has been made to achieve parallelism between the plates. However, the critical point is that the distance over which the electrons are avalanche amplified, ie the length of the electron avalanche, does not change at different locations in the gas parallel plate avalanche chamber. The reason is that the amplification is strongly dependent on the distance from the avalanche start point to the end point. However, avalanche anodes and cathodes have large dimensions in the plane in which they extend as compared to the distance between them. Therefore, it is very difficult and expensive to provide sufficient uniformity of the distances or gaps.

【0006】 本発明の主な目的は、電離放射線を検出するための一次元検出器を提供するこ
とであるが、当検出器はアバランシェ増幅を採用しており、良好なアバランシェ
を供し、簡便かつ費用効率良く生産することができる。
A main object of the present invention is to provide a one-dimensional detector for detecting ionizing radiation. This detector employs avalanche amplification, provides a good avalanche, provides a simple and convenient method. It can be produced cost effectively.

【0007】 当該及び他の目的は請求項 lに記載の検出器によって達成される。[0007] These and other objects are achieved by a detector according to claim l.

【0008】 放射線が第一及び第二電極装置間の変換容積に入射するよう放射線入射口が設
けられ、電子アバランシェ増幅手段は少なくとも一つのアバランシェ陰極装置と
少なくとも一つのアバランシェ陽極装置を含み、アバランシェ増幅用の少なくと
も1つの電場を発生させるために前記アバランシェ陰極装置とアバランシェ陽極
装置との間に電圧が印加され、前記電子アバランシェ増幅手段が、複数のアバラ
ンシェ領域を含むという本発明の検出器の特徴によって、入射放射線の大半を検
出することが可能となる所望の阻止能を得るために入射放射線の方向に長さが与
えられる検出器が得られる。
A radiation inlet is provided so that the radiation is incident on the conversion volume between the first and second electrode devices, and the electronic avalanche amplifying means includes at least one avalanche cathode device and at least one avalanche anode device, and includes an avalanche amplification device. A voltage is applied between the avalanche cathode device and the avalanche anode device to generate at least one electric field for use by the detector according to the invention, wherein the electronic avalanche amplification means comprises a plurality of avalanche regions. A detector is obtained which is given a length in the direction of the incident radiation in order to obtain the desired stopping power which makes it possible to detect most of the incident radiation.

【0009】 またこの特徴によって光子と気体原子間の相互作用によって放出される電子が
、入射放射線に実質的に垂直な方向に抽出することができる検出器を得ることが
できる。これにより非常に高度な位置分解能を得ることが可能になる。
[0009] This feature also provides a detector capable of extracting electrons emitted by the interaction between photons and gas atoms in a direction substantially perpendicular to the incident radiation. This makes it possible to obtain a very high positional resolution.

【0010】 さらにこの特徴によって良好な分解能、高いX線検出効率を供し、検出器に入
射する光子の大半を計数することできる検出器を得ることができる。
[0010] Furthermore, this feature provides a detector that provides good resolution and high X-ray detection efficiency and can count most of the photons incident on the detector.

【0011】 X線に対して良好なエネルギー分解能を供する検出器をも得ることができる。[0011] A detector that provides good energy resolution for X-rays can also be obtained.

【0012】 またさらに性能劣化せずに高いX線束で作動可能であり且つ長寿命の検出器を
得ることができる。
Further, it is possible to obtain a detector which can operate with a high X-ray flux without deteriorating the performance and has a long life.

【0013】 また上記特徴によって、電磁放射線並びに入射粒子及び素粒子を含むあらゆる
種類の放射線を効果的に検出する検出器を得ることができる。
[0013] The above features also provide a detector that effectively detects electromagnetic radiation and all types of radiation, including incident and elementary particles.

【0014】 アバランシェ増幅を採用し、電離放射線を検出する少なくとも一つの一次元検
出器で構成され、良好なアバランシェを供し、且つ簡単に且つ費用効率良く製造
可能なる面ビームラジオグラフィー用に使用する装置を提供することも本発明の
目的である。
Apparatus used for surface beam radiography that employs avalanche amplification and comprises at least one one-dimensional detector for detecting ionizing radiation, provides good avalanche, and can be manufactured easily and cost-effectively It is also an object of the present invention to provide

【0015】 当該及び他の目的は、上記検出器を含む面ビームラジオグラフィー用装置によ
り達成される。
[0015] These and other objects are achieved by an apparatus for surface beam radiography comprising the above detector.

【0016】 上記検出器を含むことによって、被写体に低線量のX線光子を照射するだけで
高画質の画像が得られる面ビームラジオグラフィー、すなわちスリット式または
走査式ラジオグラフィーに使用する装置を得ることができる。
By including the above-mentioned detector, an apparatus used for surface beam radiography, that is, slit type or scanning type radiography, in which a high quality image can be obtained only by irradiating a subject with a low dose of X-ray photons, is obtained. be able to.

【0017】 検出器に入射したX線光子の主要部分が検出され、更に画像の各ピクセル値を
得るために計数または積算する面ビームラジオグラフィー用装置を得ることがで
きる。
A major part of the X-ray photons incident on the detector is detected, and a device for surface beam radiography can be obtained which further counts or integrates to obtain each pixel value of the image.

【0018】 被検査体内で散乱した放射線により生じる面ビーム画像ノイズが極めて少ない
面ビームラジオグラフィー用装置を得ることができる。
An apparatus for surface beam radiography with very little surface beam image noise caused by radiation scattered in the subject can be obtained.

【0019】 X線エネルギースペクトルの拡散により生じる画像ノイズの少ない面ビームラ
ジオグラフィー用装置を得ることができる。
An apparatus for surface beam radiography with less image noise caused by diffusion of an X-ray energy spectrum can be obtained.

【0020】 簡便かつ安価で、X線検出効率が高く、かつX線エネルギー分解能良く稼動でき
る検出器を備えた面ビームラジオグラフィー用装置を得ることができる。
It is possible to obtain an apparatus for surface beam radiography which is simple and inexpensive, has a high X-ray detection efficiency, and has a detector capable of operating with good X-ray energy resolution.

【0021】 更に、性能を低下せず、長寿命であり、かつ高X線束で稼動できる検出器を備
えた面ビームラジオグラフィー用装置を得ることができる。
Furthermore, it is possible to obtain an apparatus for surface beam radiography provided with a detector which has a long life and a high X-ray flux without deteriorating performance.

【0022】 アバランシェ増幅を採用し、良好なアバランシェを供し、簡単且つ安価に実施
可能な電離放射線の検出方法を提供することも本発明の目的である。
It is also an object of the present invention to provide a method for detecting ionizing radiation that employs avalanche amplification, provides good avalanche, and can be implemented simply and inexpensively.

【0023】 当該目的及び他の目的は、放出電子を発生させるためにガスで充填された変換
及びドリフト容積内で気体原子と放射線が相互作用する電離放射線を検出する方
法において、電子が変換ドリフト容積内で第1の電界に曝され、この電界が放射
線の方向と実質的に垂直であり、電子アバランシェを生じさせるためにそれぞれ
集中電界を有する複数の領域の1つに電界が、強制的に電子を入らせ、前記電子
アバランシェが、読み出し素子手段によって検出されることを特徴とする方法に
よって達成される。
This and other objects are directed to a method of detecting ionizing radiation in which gas atoms and radiation interact within a gas-filled conversion and drift volume to generate emitted electrons, the method comprising: Within the first electric field, which is substantially perpendicular to the direction of the radiation, forcing an electric field into one of a plurality of regions each having a concentrated electric field to produce an electron avalanche. And the electronic avalanche is detected by readout element means.

【0024】 この特徴によって入射放射線の大半を検出できる方法が得られる。This feature provides a way to detect most of the incident radiation.

【0025】 さらにこの特徴によって光子と気体原子間の相互作用によって放出される電子
が、入射放射線に実質的に垂直な方向に抽出することができる方法を得ることが
できる。これにより非常に高度な位置分解能を得ることが可能になる。
Furthermore, this feature provides a method by which electrons emitted by the interaction between photons and gas atoms can be extracted in a direction substantially perpendicular to the incident radiation. This makes it possible to obtain a very high positional resolution.

【0026】 高いX線束で利用可能な方法を得ることができる。It is possible to obtain a method that can be used with a high X-ray flux.

【0027】 図1は、本発明による面ビームラジオグラフィー用装置の、面X線ビーム9の
平面に垂直な平面における断面図である。この装置は、X線源60を備え、当線
源は第一の細長いコリメータウインドウ61と共に平面扇形X線ビーム9を生成し
、被写体62の照射を行う。第一の細長いコリメータウインドウ61は、X線回
折ミラーあるいはX線レンズ等基本的に平面X線ビームを形成する他の手段と置
き換えることができる。被写体62を透過したビームは、検出器64に入射する
。任意に、X線ビームと位置合わせされた細いスリットまたは第二のコリメータ
ウインドウ10は、X線ビーム9の検出器64への入射口を形成する。入射X線
光子の主要部分は検出器64で検出されるが、この検出器は変換及びドリフト容
積13、及び電子アバランシェ増幅手段17を備え、X線光子が両電極装置1、
2の間に側方から入射するよう配置されており、また当電極装置間において変換
及びドリフト容積13内の電子及びイオンをドリフトするための電場が形成され
る。
FIG. 1 is a sectional view of the apparatus for surface beam radiography according to the present invention in a plane perpendicular to the plane of the surface X-ray beam 9. The apparatus comprises an X-ray source 60, which generates a planar fan-shaped X-ray beam 9 together with a first elongated collimator window 61 and irradiates an object 62. The first elongated collimator window 61 can be replaced by another means for forming a plane X-ray beam, such as an X-ray diffraction mirror or an X-ray lens. The beam transmitted through the subject 62 enters the detector 64. Optionally, a narrow slit or second collimator window 10 aligned with the x-ray beam forms the entrance of the x-ray beam 9 to the detector 64. The main part of the incident X-ray photons is detected by a detector 64, which comprises a conversion and drift volume 13, and an electronic avalanche amplification means 17, wherein the X-ray photons are applied to both electrode devices 1,
2 are arranged to be incident from the side, and an electric field for drifting electrons and ions in the conversion and drift volume 13 is formed between the electrode devices.

【0028】 この例においては面X線ビームはコリメータ61によって平行化されたビーム
である。
In this example, the surface X-ray beam is a beam collimated by the collimator 61.

【0029】 この検出器及びその操作について更に以下に述べる。X線源60、第一の細長
いコリメータウインドウ61、オプションのコリメータウインドウ10及び検出
器64は特定の手段65例えばフレームまたは支持体65により互いに接続され
固定されている。このようにして形成された当該ラジオグラフィー用装置は被写
体を走査する装置として移動できる。図1に示すように、単一の検出器システム
において、走査は回転運動、例えばこの装置をX線源60又は検出器64を通る
軸の回りに回転することによってなされる。軸の位置は当装置の適用または使用
例に依存し、また使用例によっては、軸は被写体62を通っても良い。走査は、
検出器及びコリメータが移動する移動運動によっても、または被写体を移動する
ことによって実施できる。多数の検出器を積層したマルチライン構成においては
、図5及び図6と共に後に解説するが、走査は様々な方法で実施できる。多くの
場合、装置が固定され被写体が移動した方が有利である。
The detector and its operation will be further described below. The X-ray source 60, the first elongated collimator window 61, the optional collimator window 10 and the detector 64 are connected and fixed to each other by specific means 65, for example, a frame or a support 65. The radiographic device thus formed can be moved as a device for scanning a subject. As shown in FIG. 1, in a single detector system, scanning is done by a rotational movement, for example, by rotating the device about an axis through an x-ray source 60 or detector 64. The position of the axis depends on the application or application of the device, and in some applications the axis may pass through subject 62. The scan is
It can also be implemented by a moving movement in which the detector and the collimator move, or by moving the subject. In a multi-line configuration in which a large number of detectors are stacked, the scanning can be performed in various ways, which will be described later with reference to FIGS. In many cases, it is advantageous to have the device fixed and the subject moved.

【0030】 検出器64は、陰極板2である第一ドリフト電極装置及び陽極板1である第2
ドリフト電極装置を備える。これらは互いに平行であり、両者間のスペースには
、変換及びドリフト容積となるガスの充満した細い隙間または領域13があり、
また電子アバランシェ増幅手段17が配置されている。陽極板1及び陰極板2に電
圧が印加され、電子アバランシェ増幅手段17には一つまたは複数の電圧が印加
される。これにより隙間13において電子及びイオンのドリフトを引き起こすド
リフト電場が生じ、また電子アバランシェ増幅手段17において電子アバランシ
ェ増幅電場が生じる。陽極板1と関連して電子アバランシェを検出するための読
み出し素子装置15が備えられている。好ましくは、読み出し素子装置15は陽
極電極も構成する。これとは別に、読み出し素子装置15は陰極板2あるいは電
子アバランシェ増幅手段17と関連して形成しても良い。また、誘電体層または
基板によって陽極あるいは陰極電極から隔離された陽極あるいは陰極板上に形成
しても良い。この場合、陽極あるいは陰極電極は誘導パルスに対し半透明である
必要があり、例えばストリップあるいはパッド状に形成される。図3及び図4に
異なる実現可能な読み出し素子装置15を示す。
The detector 64 includes a first drift electrode device serving as the cathode plate 2 and a second drift electrode device serving as the anode plate 1.
A drift electrode device is provided. These are parallel to each other and in the space between them there is a narrow gap or region 13 filled with gas, which is a conversion and drift volume,
Also, an electronic avalanche amplification means 17 is provided. A voltage is applied to the anode plate 1 and the cathode plate 2, and one or more voltages are applied to the electronic avalanche amplifier 17. As a result, a drift electric field causing drift of electrons and ions is generated in the gap 13, and an electron avalanche amplification electric field is generated in the electron avalanche amplification means 17. A reading element device 15 for detecting an electronic avalanche is provided in association with the anode plate 1. Preferably, the read element device 15 also constitutes the anode electrode. Alternatively, the read element device 15 may be formed in association with the cathode plate 2 or the electronic avalanche amplifier 17. Further, it may be formed on an anode or cathode plate separated from an anode or cathode electrode by a dielectric layer or a substrate. In this case, the anode or cathode electrode needs to be translucent to the induced pulse, and is formed in a strip or pad shape, for example. 3 and 4 show different realizable read element devices 15.

【0031】 図から明らかなように被検出X線は検出器に側方から入射し、陰極板2及び陽
極板1の間にある変換及びドリフト容積13に入射する。X線は、好ましくは陰
極板2と陽極板lに平行な方向より検出器に入射し、細長いスリットまたはコリ
メータウインドウ10を通って検出器に入射する。このようにして、入射X線光
子の主要部分が相互作用し、かつ検出されるに十分な長さの相互作用経路を有す
る検出器が容易に作製できる。コリメータが使用される場合、コリメータは好ま
しくは薄い面ビームが電子アバランシェ増幅手段17に近接する検出器に入射す
るように配置し、かつ好ましくはそれと平行であるように配置する。
As is apparent from the figure, the X-ray to be detected enters the detector from the side and enters the conversion and drift volume 13 between the cathode plate 2 and the anode plate 1. The X-rays preferably enter the detector from a direction parallel to the cathode plate 2 and the anode plate 1 and enter the detector through an elongated slit or collimator window 10. In this manner, a detector can be readily fabricated having an interaction path long enough for the major portions of the incident X-ray photons to interact and be detected. If a collimator is used, the collimator is preferably arranged such that the thin surface beam is incident on a detector close to the electronic avalanche amplification means 17 and is preferably arranged parallel thereto.

【0032】 隙間あるいは領域13はガスで充満されるが、当ガスは例えば90%のクリプ
トン及び10%の二酸化炭素の混合物、または例えば80%のキセノン及び20%
の二酸化炭素の混合でよい。ガスは加圧可能で、好ましくは1−20気圧の範囲
である。したがって、当検出器はスリット状の入射ウインドウ92を有する気密
性ハウジング91を具備する。このウインドウよりX線ビーム9が、検出器に入
射する。このウインドウは放射線に対し透明な材質、例えばマイラーあるいは薄
いアルミフォイルで形成される。これは、これまで用いられている陽極及び陰極
板に垂直な入射放射線用に設計され広範囲をカバーするウインドウを要するガス
アバランシェチャンバーと比較して、特にガスアバランシェチェンバー64の側
方入射ビームを検出する本発明の有利な付加的効果である。このウインドウはこ
のように更に細くでき、したがってウインドウで吸収されるX線光子数を減ずる
ことができる。
The gap or region 13 is filled with a gas, for example a mixture of 90% krypton and 10% carbon dioxide, or for example 80% xenon and 20%
Of carbon dioxide. The gas can be pressurized, preferably in the range of 1-20 atm. Accordingly, the detector comprises an airtight housing 91 having a slit-shaped entrance window 92. The X-ray beam 9 enters the detector from this window. This window is made of a radiation-transparent material, for example Mylar or thin aluminum foil. This specifically detects the side incident beam of the gas avalanche chamber 64 as compared to the gas avalanche chamber previously used and designed for incident radiation normal to the anode and cathode plates and requiring a wide window. This is an advantageous additional effect of the present invention. The window can thus be made narrower, thus reducing the number of X-ray photons absorbed in the window.

【0033】 作動中、入射X線9は、もし設置されていれば、電子アバランシェ増幅手段1
7に近接する任意の細長いスリットあるいはコリメータウインドウ10を通って
検出器に入射し、更にガス容積中を好ましくは電子アバランシェ増幅手段17と
平行な方向に通過する。各X線光子は、気体原子との相互作用の結果ガス内に一
次電離電子イオン対を生成する。この生成は光電効果、コンプトン効果、または
オージェ効果による。生成された各一次電子11は、別の気体原子と相互作用す
ることにより運動エネルギーを失い、更に電子イオン対(二次電離電子イオン対
)が生成される。一般的に、本プロセスでは、20keVのX線光子1個により数百
から数千の二次電離電子イオン対が生成される。二次電離電子16は(一次電離
電子11と共に)、変換及びドリフト容積13内の電場により電子アバランシェ
増幅手段17の方へドリフトする。電子が電子アバランシェ増幅手段17の電気
力線の収束する領域に入射するとアバランシェ増幅される。このことは以下で更
に述べる。
In operation, the incident X-rays 9, if installed, the electronic avalanche amplification means 1
It enters the detector through any elongated slit or collimator window 10 close to 7 and passes through the gas volume, preferably in a direction parallel to the electronic avalanche amplification means 17. Each X-ray photon produces a primary ionizing electron ion pair in the gas as a result of its interaction with gas atoms. This generation is due to the photoelectric effect, the Compton effect, or the Auger effect. Each generated primary electron 11 loses kinetic energy by interacting with another gas atom, and further generates an electron ion pair (secondary ionization electron ion pair). Generally, in this process, one 20 keV X-ray photon produces hundreds to thousands of secondary ionized electron ion pairs. The secondary ionized electrons 16 (along with the primary ionized electrons 11) drift toward the electron avalanche amplification means 17 due to the electric field in the conversion and drift volume 13. When electrons enter the region of the electron avalanche amplifier 17 where the lines of electric force converge, avalanche amplification is performed. This is described further below.

【0034】 アバランシェ電子及びイオンの運動は、読み出し素子装置15内で電子アバラ
ンシェ検出のための電気信号を誘導する。これらの信号は、電子アバランシェ増
幅手段17、陰極板2あるいは陽極板1、または2つ以上の前記領域の組み合わ
せと関連して検出される。信号は読み出し回路14によって更により増幅及び処
理され、X線光子の相互作用の位置及び必要に応じてX線光子エネルギーが正確に
測定される。
The movement of avalanche electrons and ions induces an electric signal for electronic avalanche detection in the readout device 15. These signals are detected in connection with the electronic avalanche amplifying means 17, the cathode plate 2 or the anode plate 1, or a combination of two or more of the above areas. The signal is further amplified and processed by the readout circuit 14 to accurately measure the location of the X-ray photon interaction and, if necessary, the X-ray photon energy.

【0035】 図2aは本発明の第一具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図1
のII−II線における断面図である。この図から明らかなように、陰極板2は
陰極電極である誘電体基板6及び導電体層5で構成される。陽極1は陽極電極で
ある誘電体基板3及び導電体層4により構成される。隙間13及び陽極1の間に
は、電子アバランシェ増幅手段17が配置される。この増幅手段17は、誘電体
24によって分離されたアバランシェ増幅陰極18及びアバランシェ増幅陽極1
9を備えている。図に示すように、これはガスあるいは陰極18及び陽極19を
担持する固体基板24であってよい。図から明らかなように、陽極電極4及び1
9は同一の導電体で形成される。直流電源7によって陰極18及び陽極19間に
電圧が印加され、アバランシェ増幅領域25内に極めて強い電場が形成される。
このアバランシェ領域25は、互いに向かい合うアバランシェ陰極18の端部の
間あるいは周囲の領域に形成され、この領域では印加電圧により集中電場が生じ
る。直流電源7はまた陰極電極5及び陽極電極4(19)と接続されている。印
加電圧は、隙間13に弱い電場、ドリフト電場が形成されるように選択される。
変換及びドリフト容積13内の相互作用により放出された電子(一次及び第二次
電子)は、ドリフト電場により増幅手段17の方へドリフトする。電子は極めて
強いアバランシェ増幅電場に入射し加速される。加速された電子11、16は、
領域25内で他の気体原子と相互作用し、更に電子イオン対を生成する。これら
生成された電子は、電場内で加速され、更に新しい気体原子と相互作用し、更に
電子イオン対を生成する。本過程は、電子がアバランシェ領域内を陽極19に向
かって移動する間持続し、電子アバランシェが生じる。アバランシェ 領域を去
った電子は、陽極19の方へドリフトする。電場が十分強い場合は、電子アバラ
ンシェは陽極19まで継続しうる。
FIG. 2 a is a partially enlarged view of FIG. 1 of a detector according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. As is apparent from this figure, the cathode plate 2 includes a dielectric substrate 6 serving as a cathode electrode and a conductor layer 5. The anode 1 is composed of a dielectric substrate 3 serving as an anode electrode and a conductor layer 4. Between the gap 13 and the anode 1, an electronic avalanche amplifier 17 is arranged. The amplifying means 17 includes an avalanche amplification cathode 18 and an avalanche amplification anode 1 separated by a dielectric 24.
9 is provided. As shown, this may be a gas or a solid substrate 24 carrying a cathode 18 and an anode 19. As is clear from the figure, the anode electrodes 4 and 1
9 is formed of the same conductor. A voltage is applied between the cathode 18 and the anode 19 by the DC power supply 7, and an extremely strong electric field is formed in the avalanche amplification region 25.
The avalanche region 25 is formed between or around the ends of the avalanche cathode 18 facing each other. In this region, a concentrated electric field is generated by an applied voltage. DC power supply 7 is also connected to cathode electrode 5 and anode electrode 4 (19). The applied voltage is selected so that a weak electric field or drift electric field is formed in the gap 13.
The electrons (primary and secondary electrons) emitted by the interaction in the conversion and drift volume 13 drift to the amplification means 17 due to the drift electric field. The electrons enter a very strong avalanche amplified electric field and are accelerated. The accelerated electrons 11, 16 are
Interacts with other gas atoms in the region 25 to generate further electron-ion pairs. These generated electrons are accelerated in the electric field, interact with newer gas atoms, and generate more electron-ion pairs. This process continues while the electrons move in the avalanche region toward the anode 19, and an electron avalanche occurs. The electrons that have left the avalanche region drift toward the anode 19. If the electric field is strong enough, the electron avalanche can continue up to the anode 19.

【0036】 アバランシェ領域25は、もしあれば、陰極18及び誘電体基板24内の開口
部またはチャネルによって形成される。開口部またはチャネルは、上方から見て
、円形であっても、あるいは基板24の両端及び、もしあれば、陰極18間に渡
る縦長の連続体であっても良い。開口部またはチャネルが上方から見て円形の場
合、これらは並べて配置され、開口部またはチャネルの各列は複数の円形の開口
部またはチャネルを有する。複数の縦長の開口部またはチャネルあるいは円形の
チャネルの列は、互いに隣接し、互いに平行かまたは入射X線と平行に形成され
る。あるいは、開口部またはチャネルは別のパターンで配置することも可能であ
る。
The avalanche region 25, if any, is formed by the cathode 18 and the openings or channels in the dielectric substrate 24. The openings or channels may be circular, as viewed from above, or may be a longitudinal continuum extending across the ends of the substrate 24 and, if present, between the cathodes 18. If the openings or channels are circular when viewed from above, they are arranged side by side and each row of openings or channels has a plurality of circular openings or channels. A plurality of elongated openings or channels or rows of circular channels are formed adjacent to each other and parallel to each other or parallel to the incident X-rays. Alternatively, the openings or channels can be arranged in another pattern.

【0037】 陽極電極4、19はまた、アバランシェ領域25を形成する開口部またはチャ
ネルと関連して設けられたストリップの形態で読み出し素子20を形成する。好
ましくは、一つのストリップは、各開口部またはチャネルあるいは開口部または
チャネルの列ごとに配置される。ストリップは長さに沿って分割でき、一つのセ
クションは各円形の開口部またはチャネルあるいは複数の開口部またはチャネル
にパッド形状で設けられる。ストリップ及びセクションは、もしあれば、互いに
電気的に絶縁される。各検出器電極素子すなわちストリップまたはセクションは
、好ましくは別々に処理回路14に接続される。あるいは、読み出し素子は基板
の背面部(陽極電極4、19の側部の反対側)に配置してもよい。この場合、陽
極電極4、19は、誘導されたパルスに対して半透明である必要があり、例えば
ストリップあるいはパッド状である。図3及び図4に可能な異なる読み出し素子
装置15が示されている。
The anode electrodes 4, 19 also form the read element 20 in the form of a strip provided in connection with the opening or channel forming the avalanche region 25. Preferably, one strip is arranged for each opening or channel or row of openings or channels. The strip can be divided along its length, one section being provided in the form of a pad in each circular opening or channel or a plurality of openings or channels. The strips and sections, if any, are electrically insulated from each other. Each detector electrode element or strip or section is preferably separately connected to the processing circuit 14. Alternatively, the read element may be arranged on the back surface of the substrate (the side opposite to the side of the anode electrodes 4 and 19). In this case, the anode electrodes 4, 19 need to be translucent to the induced pulse, for example in the form of a strip or a pad. 3 and 4 show different possible read element arrangements 15.

【0038】 一つの例として縦長のチャネルは、0.01−1mmの範囲の幅を持って良く
、円形チャネルは0.01−1mmの範囲の直径を有して良い。また、誘電体2
4の厚さ(アバランシェ陰極18及び陽極19間の間隔)は、0.01−1mmの
範囲である。
As one example, the elongate channel may have a width in the range of 0.01-1 mm, and the circular channel may have a diameter in the range of 0.01-1 mm. In addition, dielectric 2
The thickness of 4 (the distance between the avalanche cathode 18 and the anode 19) is in the range of 0.01-1 mm.

【0039】 別法として、誘電体基板3、6は導電体層で置き換えて、導電体層5、4は抵
坑性担持体、例えば一酸化珪素、導電ガラスあるいはダイアモンドにより置き換
えることができる。この場合、誘電体層あるいは担持体は、ドリフト電極装置と
関連して配置される場合、好ましくは導電体層及び読み出し素子20間に配置さ
れる。
Alternatively, the dielectric substrates 3, 6 can be replaced by conductor layers, and the conductor layers 5, 4 can be replaced by anticorrosive carriers, for example silicon monoxide, conductive glass or diamond. In this case, the dielectric layer or carrier, if arranged in connection with the drift electrode device, is preferably arranged between the conductor layer and the read element 20.

【0040】 図2bは本発明の第二の具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図
1のII−II線における断面図である。当実施例は、陽極電極4及び19が誘
電体、当誘電体は固体でも気体でもよい、によって隔離された異なる導電体によ
って形成されていること及び開口部あるいはチャネルもまたアバランシェ陽極電
極19内に形成されている点で図2aの実施例とは異なる。アバランシェ増幅陽
極19は、直流電源7に接続される。陽極電極4及び19間の誘電体が固体であ
る場合、当誘電体を通じて開口部あるいはチャネルは包含される。当開口部ある
いはチャネルは、基本的にアバランシェ領域25を形成する開口部あるいはチャ
ネルに対応する。陽極電極4及び19間に電場が形成される。この電場はドリフ
ト電場、すなわち弱い電場であっても、あるいはアバランシェ増幅電場、すなわ
ち極めて強い電場であってもよい。図3及び図4に異なった可能な読み出し素子
装置15を示す。
FIG. 2 b is a cross-sectional view of the detector according to the second embodiment of the present invention, taken along line II-II of FIG. This embodiment shows that the anode electrodes 4 and 19 are formed of different conductors separated by dielectrics, which can be solid or gaseous, and that the openings or channels are also within the avalanche anode electrode 19. It differs from the embodiment of FIG. 2a in that it is formed. The avalanche amplification anode 19 is connected to the DC power supply 7. If the dielectric between anode electrodes 4 and 19 is solid, openings or channels are included through the dielectric. The opening or the channel basically corresponds to the opening or the channel forming the avalanche region 25. An electric field is formed between the anode electrodes 4 and 19. This electric field can be a drift electric field, ie a weak electric field, or an avalanche amplified electric field, ie a very strong electric field. 3 and 4 show different possible read element arrangements 15.

【0041】 図2cは本発明の第三の具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図
1のII−II線における断面図である。検出器は、上述のごとく、陰極2、陽
極1及びアバランシェ増幅手段17を備える。変換及びドリフト容積である隙間
13は陰極2及びアバランシェ増幅手段17間に設けられる。隙間13はガスが
充填され、また陰極2は上述のごとく形成される。ドリフト陽極1は、誘電体基
板26例えばガラス基板の背面に設けられる。一方基板26の前面には、アバラ
ンシェ増幅陰極18及び陽極19ストリップが設けられる。陰極18及び陽極1
9ストリップは、導電体ストリップであり、直流電源7に接続されて、集中電場
、すなわちアバランシェ増幅電場を陰極ストリップ18及び陽極19ストリップ
間の各領域に形成する。陽極1及び陰極2もまた直流電源7に接続される。印加
電圧は弱い電場、ドリフト電場が隙間13全体に形成されるよう選択される。あ
るいは、誘電体基板26はガスで置き換えてもよい。その場合、陽極及び陰極は
例えばそれぞれの端部が支持される。
FIG. 2 c is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1 of a detector according to a third specific embodiment of the present invention. The detector includes the cathode 2, the anode 1, and the avalanche amplification means 17, as described above. A gap 13 which is a conversion and drift volume is provided between the cathode 2 and the avalanche amplification means 17. The gap 13 is filled with gas, and the cathode 2 is formed as described above. The drift anode 1 is provided on the back surface of a dielectric substrate 26, for example, a glass substrate. On the other hand, on the front surface of the substrate 26, an avalanche amplification cathode 18 and an anode 19 strip are provided. Cathode 18 and anode 1
The 9 strips are conductor strips and are connected to the DC power supply 7 to form a concentrated electric field, that is, an avalanche amplification electric field, in each region between the cathode strip 18 and the anode 19 strip. The anode 1 and the cathode 2 are also connected to a DC power supply 7. The applied voltage is selected so that a weak electric field and a drift electric field are formed in the entire gap 13. Alternatively, the dielectric substrate 26 may be replaced with a gas. In that case, the anode and the cathode are supported, for example, at their respective ends.

【0042】 好ましくは、アバランシェ陽極ストリップ19もまた読み出し素子20を形成
し、更に処理回路14に接続される。代わりに、アバランシェ陰極ストリップ1
8は読み出し素子を形成、あるいは陽極ストリップ19と共に形成する。別な方
法として、陽極電極1は分割でき更に互いに絶縁されているストリップで構成し
てもよい。これらのストリップは、読み出し素子のみ、あるいは陽極及びまたは
陰極ストリップと共に形成してもよい。陽極・陰極及び読み出し素子として機能
するストリップは直流電源7及び処理回路14に分離に適した連結法で接続され
る。更に別な方法として、陰極ストリップ18及びまたは陽極ストリップ19は
、例えば一酸化ケイ素、導電ガラスまたはダイアモンド製の抵抗性上層によって
覆われた基礎導電体層によって形成される。これは、強い電場によってガス中に
発生可能なスパークの出力を減じる。更に別の読み出しストリップ装置では、読
み出しストリップ20はアバランシェ陽極ストリップ19の下に平行に配置され
る。そして読み出しストリップ20は、アバランシェ陽極ストリップ19より僅
かに広く作られる。もしこれらが陽極1の下に配置される場合は、陽極電極は誘
導パルスに対して半透明である必要があり、例えばストリップまたはパッド状で
ある。更に別な方法では、必要な電場は陰極電極5、18及び陽極電極19によ
って形成されるので陽極1は除外してもよい。
Preferably, the avalanche anode strip 19 also forms the read element 20 and is further connected to the processing circuit 14. Instead, avalanche cathode strip 1
8 forms a read element or is formed together with the anode strip 19. Alternatively, the anode electrode 1 may be composed of strips that can be divided and are insulated from each other. These strips may be formed only with readout elements or with anode and / or cathode strips. The strip functioning as the anode / cathode and the readout element is connected to the DC power supply 7 and the processing circuit 14 by a connection method suitable for separation. As a further alternative, the cathode strip 18 and / or the anode strip 19 are formed by a base conductor layer covered by a resistive top layer, for example of silicon monoxide, conductive glass or diamond. This reduces the output of sparks that can be generated in the gas by a strong electric field. In yet another readout strip device, the readout strip 20 is arranged parallel below the avalanche anode strip 19. And the readout strip 20 is made slightly wider than the avalanche anode strip 19. If they are placed under the anode 1, the anode electrode must be translucent to the induced pulse, for example in the form of a strip or pad. In a further alternative, the anode 1 may be omitted since the required electric field is formed by the cathode electrodes 5, 18 and the anode electrode 19.

【0043】 一例として、ガラス基板は約0.1−5mmの厚さである。更に、導電性陰極
ストリップはおよそ20−1000μmの幅を有し、また導電性陽極ストリップ
はおよそ10−200μmの幅を有す。ピッチはおよそ50−2000μmある
。陰極及び陽極は、それが延びる方向に沿ってセグメントに分割できる。
As an example, the glass substrate is about 0.1-5 mm thick. In addition, the conductive cathode strip has a width of approximately 20-1000 μm, and the conductive anode strip has a width of approximately 10-200 μm. The pitch is approximately 50-2000 μm. The cathode and anode can be divided into segments along the direction in which they extend.

【0044】 作動中、X線光子は基本的にアバランシェ陰極18及び陽極19ストリップと
平行な、図2cの検出器内の空間13に入射する。変換及びドリフト容積13内
では、入射X線光子は吸収され、電子イオン対が上述のごとく生成される。一つ
のX線光子による相互作用の結果生じた一群の一次及び二次電子はアバランシェ
増幅手段17の方へドリフトする。該電子は陽極ストリップ及び陰極ストリップ
間のガスの充満した領域、つまりアバランシェ増幅領域内の極めて強い電場に入
射する。強い電場内で、電子は電子アバランシェを開始する。その結果、陽極ス
トリップに集まる電子数は一次及び二次電子の数より数桁多い(いわゆる気体増
幅)。当該実施例の一つの利点は、各電子アバランシェがほとんど一つの陽極素
子あるいは基本的に一つの検出器電極素子上に唯一つの信号を誘発することであ
る。したがって、一つの座標上の位置分解能はピッチによって決定される。
In operation, X-ray photons are incident on a space 13 in the detector of FIG. 2 c essentially parallel to the avalanche cathode 18 and anode 19 strips. Within the conversion and drift volume 13, incident X-ray photons are absorbed and electron-ion pairs are generated as described above. A group of primary and secondary electrons resulting from the interaction by one X-ray photon drift toward the avalanche amplification means 17. The electrons are incident on a gas-filled region between the anode strip and the cathode strip, that is, a very strong electric field in the avalanche amplification region. In a strong electric field, the electrons start electron avalanche. As a result, the number of electrons gathering on the anode strip is several orders of magnitude higher than the number of primary and secondary electrons (so-called gas amplification). One advantage of this embodiment is that each electronic avalanche elicits only one signal on almost one anode element or essentially one detector electrode element. Therefore, the position resolution on one coordinate is determined by the pitch.

【0045】 上記実施例において検出器電極装置の異なる位置づけについて述べた。これに
はたくさんの変形例があり、例えばストリップまたはセグメントの方向が異なり
互いに隣接する、あるいは別々の位置に一つ以上の検出器電極装置を設けること
ができる。
In the above embodiment, different positions of the detector electrode device have been described. There are many variations on this, for example, one or more detector electrode devices can be provided in different orientations of the strips or segments, adjacent to each other, or at separate locations.

【0046】 図3には、検出器電極装置4、5、15の可能な構成が示されている。電極装
置4、5、15はストリップ20'で形成されており、検出器電極としてだけで
なく陽極あるいは陰極電極としても作動する。多くのストリップ20'が並んで
配置され、各位置で入射X線光子に平行な方向に広がっている。ストリップは、
互いに電気的に絶縁され、スペース23を空けて基板上に形成される。ストリッ
プは写真平版法あるいは電鋳法などにより形成される。スペース23及びストリ
ップ 20'の幅は所望する(最適な)分解能が得られるよう特定の検出器に適合
される。例えば図2aの実施例では、ストリップ20'は、開口部あるいはチャ
ネルまたは開口部あるいはチャネルの列の下に設置され、基本的に開口部あるい
はチャネルと同等かあるいは幾分広い幅を有する。これは、検出器電極装置が陽
極電極4から離れて位置する場合及び検出器電極装置もまた陽極電極4で構成さ
れる場合の両方に有効である。
FIG. 3 shows a possible configuration of the detector electrode devices 4, 5, 15. The electrode arrangements 4, 5, 15 are formed of strips 20 'and operate not only as detector electrodes but also as anode or cathode electrodes. A number of strips 20 'are arranged side by side and extend at each location in a direction parallel to the incident X-ray photons. The strip is
They are electrically insulated from each other and are formed on the substrate with a space 23 therebetween. The strip is formed by a photolithographic method or an electroforming method. The width of space 23 and strip 20 'is tailored to the particular detector to obtain the desired (optimal) resolution. For example, in the embodiment of FIG. 2a, the strip 20 'is located below an opening or channel or row of openings or channels and has a width essentially equal to or somewhat wider than the opening or channel. This is valid both when the detector electrode device is located away from the anode electrode 4 and when the detector electrode device is also constituted by the anode electrode 4.

【0047】 各ストリップ20'は個々の信号導体22によって処理回路14に接続され、
各ストリップの信号は好ましくは個別に処理される。陽極または陰極電極が検出
器電極を構成する部位では、信号導体22はまた分離に適した連結でそれぞれの
ストリップを高電圧直流電源7に接続する。
Each strip 20 ′ is connected to the processing circuit 14 by an individual signal conductor 22,
The signal of each strip is preferably processed separately. Where the anode or cathode electrode constitutes the detector electrode, the signal conductor 22 also connects each strip to the high voltage DC power supply 7 in a connection suitable for separation.

【0048】 図に見られるように、ストリップ20'及び間隔23は、X線源60をターゲッ
トとしており、またストリップは入射X線光子の方向に沿って広くなっている。
この構成は視差を補償する。
As can be seen, strip 20 ′ and spacing 23 are targeted at x-ray source 60, and the strip is widened along the direction of the incident x-ray photons.
This configuration compensates for parallax.

【0049】 図3に示す電極装置は、好ましくは陽極であるが、代りにあるいは連係して陰
極が前記構成を有してもよい。検出器電極装置15が、セパレートセグメントの
場合、陽極電極4はストリップ及びスペーシングのない単一の電極として形成し
てもよい。同様なことが陰極電極あるいは陽極電極についてもそれらの他が検出
器電極装置により構成される場合にはそれぞれ有効である。しかしながら、検出
器電極装置が陰極あるいは陽極電極に対して反対側の基板上に配置される場合、
陽極あるいは陰極電極は誘導されたパルスに対して半透明で、例えばストリップ あるいはパッド状に形成される。
The electrode device shown in FIG. 3 is preferably an anode, but alternatively or in conjunction with the cathode, the cathode may have the above configuration. If the detector electrode device 15 is a separate segment, the anode electrode 4 may be formed as a single electrode without strips and spacing. The same is true for the cathode electrode or the anode electrode when the other is constituted by a detector electrode device. However, if the detector electrode device is located on the substrate opposite the cathode or anode electrode,
The anode or cathode electrode is translucent to the induced pulse and is formed, for example, as a strip or pad.

【0050】 図4は電極の別の構成を示す。ストリップはセグメント21に分割され、互い
に電気的に絶縁されている。 好ましくは、入射X線に垂直に広がる小さなスペ
ーシングがそれぞれのストリップの各セグメント21間に設けられる。各セグメ
ントは個々の信号導体22により処理回路14に接続され、各セグメントの信号
は好ましくは個別に処理される。図3に示すようにように、陽極あるいは陰極電
極が検出器電極で構成される場合は、信号導体22もまたそれぞれのストリップ
を高電圧直流電源7に接続する。
FIG. 4 shows another configuration of the electrode. The strip is divided into segments 21 and is electrically insulated from each other. Preferably, a small spacing extending perpendicular to the incident X-rays is provided between each segment 21 of the respective strip. Each segment is connected to the processing circuit 14 by an individual signal conductor 22, and the signals of each segment are preferably processed individually. As shown in FIG. 3, if the anode or cathode electrode comprises a detector electrode, the signal conductors 22 also connect their respective strips to the high voltage DC power supply 7.

【0051】 統計的に高エネルギーのX線光子は低エネルギーX線光子よりもガス中の長い
経路を通過して一次電離を引き起こすので、各X線光子のエネルギーを測定する
場合には当該電極が使用できる。当該電極により、X線光子相互作用の位置及び
各X線光子のエネルギーを検出することができる。統計的手法により、高いエネ
ルギー分解能で入射光子のスペクトルを復元することができる。例えばE. L. Ko
sarev et al.Nucl. Instr and methods 208 (1983) 637、及びG. F. Karabadj
ak et al., Nucl. Instr and methods 217 (1983)56を参照。
Since the statistically high energy X-ray photons pass through a longer path in the gas than the low energy X-ray photons and cause primary ionization, when measuring the energy of each X-ray photon, Can be used. The position of the X-ray photon interaction and the energy of each X-ray photon can be detected by the electrodes. Statistical techniques can recover the spectrum of incident photons with high energy resolution. For example, EL Ko
sarev et al. Nucl. Instr and methods 208 (1983) 637, and GF Karabadj
See ak et al., Nucl. Instr and methods 217 (1983) 56.

【0052】 一般的には、総ての実施例において、各入射X線光子は一つ(あるいはそれ以
上)の検出器電極素子において一つの誘導パルスを発生する。このパルスは処理
回路で処理される。当回路は最終的にパルスを成形し、また一つのピクセルを代
表する各ストリップ (パッドあるいはパッドセット)からのパルスを積算ある
いは計数する。パルスはまた各ピクセルにエネルギーの大きさを供給するように
処理することもできる。
In general, in all embodiments, each incident X-ray photon produces one stimulation pulse at one (or more) detector electrode element. This pulse is processed by the processing circuit. The circuit ultimately shapes the pulses and accumulates or counts the pulses from each strip (pad or pad set) representing one pixel. The pulses can also be processed to provide a measure of energy to each pixel.

【0053】 検出器電極が陰極側にある場合、誘導信号の領域は(X線光子の入射方向に垂
直な方向において)陽極側より広い。したがって、処理回路内の信号計量を行う
ことが好ましい。
When the detector electrode is on the cathode side, the area of the induced signal is wider (in the direction perpendicular to the direction of incidence of the X-ray photons) than on the anode side. Therefore, it is preferable to perform signal measurement in the processing circuit.

【0054】 図5は本発明の積層された複数の本発明の検出器64のある実施例の概略図で
ある。当実施例により、マルチライン走査が実現でき、これにより走査時間だけ
でなく全体の走査距離を減ずることができる。本実施例の装置はX線源60を備え
るが、この線源は多数のコリメータウインドウ61と共に多数の平面扇形のX線
ビーム9を形成して被写体62を照射する。被写体62を透過したビームは、X
線ビームと位置合わせをした多数の第二コリメータウインドウ10を通って個々
に積層された検出器64に任意に入射する。第一コリメータウインドウ61は、
第一剛構造物66内に配置され、また任意に第二コリメータウインドウ10は、
検出器64に装着された第二剛構造物67内に配置されるか、または検出器上に
個々に配置される。
FIG. 5 is a schematic diagram of one embodiment of a stacked plurality of inventive detectors 64 of the present invention. According to the present embodiment, multi-line scanning can be realized, so that not only the scanning time but also the entire scanning distance can be reduced. The apparatus of the present embodiment includes an X-ray source 60, which forms a large number of planar fan-shaped X-ray beams 9 with a large number of collimator windows 61 and irradiates an object 62. The beam transmitted through the subject 62 is X
Arbitrarily incident on the individually stacked detectors 64 through a number of second collimator windows 10 aligned with the line beam. The first collimator window 61 is
Arranged in the first rigid structure 66 and optionally the second collimator window 10
It is located in the second rigid structure 67 mounted on the detector 64 or individually on the detector.

【0055】 X線源60、剛構造66、及びコリメータウインドウ61、10をそれぞれ備
える可能な構造67、及び互いに固定された積層検出器64は特定の手段65、
例えばフレームまたは支持体65によって互いに接続され固定されている。この
ように形成されたラジオグラフィー用装置は一つの装置として動かすことができ
被写体を走査することができる。このマルチライン構成では、上述のごとく、走
査はX線ビームに垂直な横断運動によって実行される。もしラジオグラフィー用
装置が固定された場合、被写体を移動させるのが好ましい。
An X-ray source 60, a rigid structure 66, and possible structures 67 each comprising a collimator window 61, 10, and a stacked detector 64 fixed to one another are provided with specific means 65,
For example, they are connected and fixed to each other by a frame or a support 65. The radiographic device thus formed can be moved as a single device and can scan a subject. In this multi-line configuration, as described above, scanning is performed by a transverse motion perpendicular to the x-ray beam. If the radiographic device is fixed, it is preferable to move the subject.

【0056】 大きな容積の単一ガス検出器と比較して積層構成を用いる別な利点は、被写体
62内のX線光子散乱によって生じるバックグラウンドノイズの減少である。入
射X線ビームと平行でない方向を移動するこれら散乱X線光子は、もし陽極及び
陰極板を通過し、またそのようなチャンバーに入射すると積層された他の検出器
64の一つにおいて擬似信号あるいはアバランシェを生じる。この減少は、陽極
及び陰極板、あるいはコリメータ67の物質における(散乱)X線光子の著しい
吸収によって達成される。
Another advantage of using a stacked configuration compared to a large volume single gas detector is the reduction of background noise caused by X-ray photon scattering within the subject 62. These scattered X-ray photons traveling in a direction that is not parallel to the incident X-ray beam pass through the anode and cathode plates and, upon entering such a chamber, produce a spurious signal or signal at one of the other detectors 64 stacked. Produces avalanche. This reduction is achieved by significant absorption of (scattered) X-ray photons in the anode and cathode plates, or in the material of the collimator 67.

【0057】 図6に示すように、このバックグラウンドノイズは細い吸収板68を積層検出
器64間に設けることにより更に減じられる。積層検出器は図5のそれと類似す
るが、薄い吸収材のシートが各隣接する検出器64間に設けられる点で異なる。
これら吸収板あるいはシートは例えばタングステン等の高原子番号の物質で作成
できる。
As shown in FIG. 6, this background noise is further reduced by providing a thin absorbing plate 68 between the stacked detectors 64. The stacked detector is similar to that of FIG. 5, except that a thin sheet of absorbent material is provided between each adjacent detector 64.
These absorbing plates or sheets can be made of a high atomic number material such as, for example, tungsten.

【0058】 全実施例の別な例として、変換及びドリフト隙間(容積)内の電場は電子アバ
ランシェを引き起こすに十分な強度に保つことができる、したがって、前増幅モ
ードで使用できる。
As another example of all embodiments, the electric field in the conversion and drift gap (volume) can be kept strong enough to cause electronic avalanche, and thus can be used in pre-amplification mode.

【0059】 総ての実施例において一般的には、ガス容積は極めて細く、イオンを即座に除
去するので、空間電荷は低いか蓄積されない。このことは高率な運転を可能にす
る。
In all embodiments, generally, the gas volume is very small and the ions are immediately removed, so that the space charge is low or not accumulated. This allows for a high rate of operation.

【0060】 また総ての実施例において一般的には、距離を短くすることにより作動電圧を
減ずることができ、これにより起こり得るスパークのエネルギーが低くなり、こ
れは電子にとって望ましい。
Also, in all embodiments, in general, the operating voltage can be reduced by reducing the distance, which reduces the potential for sparks, which is desirable for electrons.

【0061】 実施例において、電気力線の収束はストリーマの形成を抑制するために好まし
い。これは、スパークのリスクを軽減する。
In the embodiment, the convergence of the electric lines of force is preferable for suppressing the formation of the streamer. This reduces the risk of sparks.

【0062】 別の実施例として、隙間あるいは領域13は、前記ガス媒体の代わりにイオン
化可能な媒体、例えば液体あるいは固体媒体を含んでも良い。前記固体あるいは
液体媒体は変換及びドリフト容積及び電子アバランシェ容積であってもよい。
As another example, the gap or region 13 may include an ionizable medium, such as a liquid or solid medium, instead of the gaseous medium. The solid or liquid medium may be a conversion and drift volume and an electronic avalanche volume.

【0063】 イオン化可能な液体媒体は、例えばTME (トリメチルエタン)あるいはTMP(
トリメチルペンタン)、または同様な特性を有する他のイオン化可能な液体媒体
でもよい。
The ionizable liquid medium is, for example, TME (trimethylethane) or TMP (
Trimethylpentane) or other ionizable liquid media having similar properties.

【0064】 イオン化可能な固体媒体は、例えば半導体物質、例えばシリコンやゲルマニウ
ムでよい。イオン化可能な媒体が固体の場合、検出器の周囲のハウジング91は
取り除いてよい。
The solid medium which can be ionized can be, for example, a semiconductor material, for example silicon or germanium. If the ionizable medium is a solid, the housing 91 around the detector may be omitted.

【0065】 イオン化可能な固体あるいは液体の媒体を用いた検出器は、遥かに薄くでき、
また当検出器によって検出された被写体の画像の解像力に関しては、同様なガス
検出器よりも、入射X線の方向により影響されない。
A detector using an ionizable solid or liquid medium can be much thinner,
Further, the resolution of the image of the subject detected by the detector is less affected by the direction of the incident X-rays than a similar gas detector.

【0066】 電場はアバランシェ増幅を生じる領域にあることが好ましいが、本発明はイオ
ン化可能な固体あるいは液体の媒体を検出器に用いた場合、電子アバランシェを
引き起こすには十分でない低電圧領域でも有効である。
Although the electric field is preferably in a region where avalanche amplification occurs, the present invention is effective even in a low voltage region that is not sufficient to cause an electronic avalanche when an ionizable solid or liquid medium is used in the detector. is there.

【0067】 本発明は、多くの実施例と関連して述べたが、添付の請求項によって規定され
るような本発明の意図および見解に基づかなくとも、様々な変更がなされること
を理解されるべきである。 例えば、前記電場が形成される限りにおいて電圧は
他の方法で印加することができる。
Although the present invention has been described in connection with a number of embodiments, it will be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and view of the invention as defined by the appended claims. Should be. For example, the voltage can be applied in other ways as long as the electric field is formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一般的な実施例による面ビームラジオグラフィー用装置の全体像の概
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an overall image of an apparatus for surface beam radiography according to a general embodiment of the present invention.

【図2a】 本発明の第一の具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図1のII
−II線における断面図である。
FIG. 2a shows a partially enlarged view of the detector according to the first embodiment of the invention, II in FIG. 1;
It is sectional drawing in the -II line.

【図2b】 本発明の第二の具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図1のII
−II線における断面図である。
FIG. 2b shows a partially enlarged view of the detector according to the second embodiment of the invention, II in FIG. 1;
It is sectional drawing in the -II line.

【図2c】 本発明の第三の具体的実施例による検出器の、部分的に拡大した、図1のII
−II線における断面図である。
FIG. 2c shows a partially enlarged view of the detector according to the third embodiment of the invention, II in FIG. 1;
It is sectional drawing in the -II line.

【図3】 X線源及び読み出しストリップによって形成された電極の実施例の概略図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of an electrode formed by an X-ray source and a readout strip.

【図4】 X線源及びセグメント化された読み出しストリップにより形成された電極の第
二の実施例の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a second embodiment of an electrode formed by an X-ray source and a segmented readout strip.

【図5】 積層された検出器を有する本発明の実施例の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention having a stacked detector.

【図6】 積層された検出器を有する本発明の更なる実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the present invention having a stacked detector.

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Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン化可能なガスで充填されたチャンバーと、前記チャン
バー内に間に変換及びドリフト容積を含む間隙をおいて設けられた第一及び第二
電極装置と、前記間隙内に配された電子アバランシェ増幅手段と、少なくとも一
つの電子アバランシェを検出する読み出し素子装置とからなる電離放射線検出装
置において、放射線が第一及び第二電極装置間の変換容積に入射するよう放射線
入射口が設けられ、電子アバランシェ増幅手段は少なくとも一つのアバランシェ
陰極装置と少なくとも一つのアバランシェ陽極装置を含み、アバランシェ増幅用
の少なくとも1つの電場を発生させるために前記アバランシェ陰極装置とアバラ
ンシェ陽極装置との間に電圧が印加され、前記電子アバランシェ増幅手段が、複
数のアバランシェ領域を含むことを特徴とする電離放射線検出器。
1. A chamber filled with an ionizable gas, first and second electrode devices disposed in the chamber with a gap including a conversion and drift volume therebetween, and disposed in the gap. An electron avalanche amplifying means, and a readout element device for detecting at least one electronic avalanche, wherein a radiation entrance is provided such that radiation enters a conversion volume between the first and second electrode devices. The electronic avalanche amplification means includes at least one avalanche cathode device and at least one avalanche anode device, and a voltage is applied between the avalanche cathode device and the avalanche anode device to generate at least one electric field for avalanche amplification. Wherein the electronic avalanche amplification means includes a plurality of avalanche regions. Ionizing radiation detector.
【請求項2】 前記電子アバランシェ増幅手段が、電場集中手段を含むこと
を特徴とする請求項1記載の検出器。
2. The detector according to claim 1, wherein said electronic avalanche amplification means includes an electric field concentration means.
【請求項3】 前記電場集中手段が、開口部又は孔が設けられたアバランシ
ェ陰極を含むことを特徴とする請求項2記載の検出器。
3. The detector according to claim 2, wherein said electric field concentrating means includes an avalanche cathode provided with an opening or a hole.
【請求項4】 誘電基板の表面が、前記少なくとも1つのアバランシェ陰極
と前記少なくとも1つのアバランシェ陽極との間の局部的アバランシェ増幅用の
領域の少なくとも1つの限られた表面を形成することを特徴とする請求項1乃至
3いずれか1項記載の検出器。
4. The surface of a dielectric substrate forming at least one limited surface of a region for local avalanche amplification between said at least one avalanche cathode and said at least one avalanche anode. The detector according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記少なくとも1つのアバランシェ陰極と前記少なくとも1
つのアバランシェ陽極が、間隙をおいて誘電基板の第1の表面上に形成され、前
記間隙が局部的アバランシェ増幅用の領域の限定された表面を形成することを特
徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の検出器。
5. The at least one avalanche cathode and the at least one avalanche cathode.
5. A method according to claim 1, wherein two avalanche anodes are formed on the first surface of the dielectric substrate with a gap, said gap forming a limited surface of the area for local avalanche amplification. The detector according to claim 1.
【請求項6】 前記少なくとも一つのアバランシェ陰極と前記少なくとも一
つのアバランシェ陽極は導電性ストリップを含むことを特徴とする請求項1乃至
5いずれか1項記載の検出器。
6. The detector according to claim 1, wherein the at least one avalanche cathode and the at least one avalanche anode include a conductive strip.
【請求項7】 複数のアバランシェ陰極と陽極が、前記基板上に交互に設け
られていることを特徴とする請求項5又は6記載の検出器。
7. The detector according to claim 5, wherein a plurality of avalanche cathodes and anodes are provided alternately on the substrate.
【請求項8】 前記アバランシェ陰極と前記アバランシェ陽極が、長さ方向
の端部が実質的に入射放射線と平行となる導電性ストリップを有することを特徴
とする請求項7に記載の検出器。
8. The detector according to claim 7, wherein the avalanche cathode and the avalanche anode have conductive strips whose longitudinal ends are substantially parallel to the incident radiation.
【請求項9】 前記少なくとも一つのアバランシェ陰極が誘電体基板の第一
側部に形成され、また前記少なくとも一つのアバランシェ陽極が前記誘電体基板
の第二側部に形成され、少なくとも一つのチャネルが前記少なくとも一つのアバ
ランシェ陰極及び前記誘電体基板に配置され、かつ前記少なくとも一つのアバラ
ンシェ陽極が前記少なくとも一つのチャネルの壁を形成することを特徴とする請
求項4又は5に記載の検出器。
9. The at least one avalanche cathode is formed on a first side of a dielectric substrate, the at least one avalanche anode is formed on a second side of the dielectric substrate, and at least one channel is formed on the dielectric substrate. The detector according to claim 4, wherein the at least one avalanche cathode and the at least one avalanche anode are disposed on the dielectric substrate, and the at least one avalanche anode forms a wall of the at least one channel.
【請求項10】 前記少なくとも一つのアバランシェ 陰極が誘電体基板の
第一側部に形成され、前記少なくとも一つのアバランシェ陽極が前記誘電体基板
の第二側部に形成され、少なくとも一つのチャネルが前記 少なくとも一つの ア
バランシェ陰極、前記誘電体基板及び前記少なくとも一つのアバランシェ陽極に
配置されることを特徴とする請求項4又は5に記載の検出器。
10. The at least one avalanche cathode is formed on a first side of a dielectric substrate, the at least one avalanche anode is formed on a second side of the dielectric substrate, and at least one channel is formed on the dielectric substrate. The detector according to claim 4, wherein the detector is disposed on at least one avalanche cathode, the dielectric substrate, and the at least one avalanche anode.
【請求項11】 前記少なくとも一つのチャネルは基本的に円形の断面を有
することを特徴とする請求項9又は10に記載の検出器。
11. The detector according to claim 9, wherein the at least one channel has an essentially circular cross section.
【請求項12】 前記少なくとも一つのチャネルは実質的に正方形の断面を
有し、かつ誘電体基板の向かい合う二つの端部の間に延びていることを特徴とす
る請求項9又は10に記載の検出器。
12. The method according to claim 9, wherein the at least one channel has a substantially square cross section and extends between two opposite ends of the dielectric substrate. Detector.
【請求項13】 読み出し素子が入射放射線と平行な長さ方向の端部を有す
る細長いストリップを含むことを特徴とする先行請求項のいずれか1項に記載の
検出器。
13. The detector according to claim 1, wherein the readout element comprises an elongate strip having a longitudinal end parallel to the incident radiation.
【請求項14】 読み出し素子が入射放射線と垂直な長さ方向の端部を有す
る細長いストリップを含むことを特徴とする請求項1乃至12いずれか1項に記
載の検出器。
14. The detector according to claim 1, wherein the readout element comprises an elongated strip having a longitudinal end perpendicular to the incident radiation.
【請求項15】 第一電極装置がドリフト陰極であり、第二電極装置がドリ
フト陽極であり、読み出し素子がドリフト陽極及びアバランシェ陽極間に配置さ
れることを特徴とする先行請求項のいずれか1項に記載の検出器。
15. The device according to claim 1, wherein the first electrode device is a drift cathode, the second electrode device is a drift anode, and the read element is arranged between the drift anode and the avalanche anode. Detector according to paragraph.
【請求項16】 第一電極装置はドリフト陰極であり、第二電極装置はドリ
フト陽極であり、ドリフト陽極は読み出し素子及びアバランシェ陽極間に配置さ
れることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の検出器。
16. The device according to claim 1, wherein the first electrode device is a drift cathode, the second electrode device is a drift anode, and the drift anode is arranged between the readout element and the avalanche anode. The detector according to claim 1.
【請求項17】 第一電極装置はドリフト陰極であり、第二電極装置はドリ
フト陽極であり、ドリフト陰極は読み出し素子及びアバランシェ陰極間に配置さ
れることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の検出器。
17. The device according to claim 1, wherein the first electrode device is a drift cathode, the second electrode device is a drift anode, and the drift cathode is arranged between the readout element and the avalanche cathode. The detector according to claim 1.
【請求項18】 読み出し素子がまた第一ドリフト電極装置を構成すること
を特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の検出器。
18. The detector according to claim 1, wherein the read element also forms a first drift electrode device.
【請求項19】 読み出し素子がまた第二ドリフト電極装置を構成すること
を特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の検出器。
19. The detector according to claim 1, wherein the read element also forms a second drift electrode device.
【請求項20】 読み出し素子がまたアバランシェ陽極装置を構成すること
を特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の検出器。
20. The detector according to claim 1, wherein the readout element also forms an avalanche anode device.
【請求項21】 ストリップ形状の複数の読み出し素子が、アバランシェ領
域の下方に配されていることを特徴とする先行請求項いずれか1項に記載の検出
器。
21. The detector according to claim 1, wherein a plurality of strip-shaped readout elements are arranged below the avalanche region.
【請求項22】 パッド状の読み出し素子が、各アバランシェ領域又は一連
のアバランシェ領域の下に配されていることを特徴とする請求項1乃至20いず
れか1項に記載の検出器。
22. The detector according to claim 1, wherein a pad-like read element is arranged below each avalanche region or a series of avalanche regions.
【請求項23】 細いスリット又はコリメータウインドウが、放射線が第1
電極装置に近接して入射するように、入射口と関連づけて配置されていることを
特徴とする先行請求項いずれか1項に記載の検出器。
23. A thin slit or collimator window, wherein the radiation is
The detector according to any one of the preceding claims, wherein the detector is arranged in association with an entrance so as to be incident near the electrode device.
【請求項24】 細いスリット又はコリメータウインドウが、放射線がアバ
ランシェ陰極に近接して入射するように、入射口と関連づけて配置されているこ
とを特徴とする請求項1乃至22のいずれか1項に記載の検出器。
24. The method according to claim 1, wherein a narrow slit or a collimator window is arranged in relation to the entrance so that the radiation is incident close to the avalanche cathode. The described detector.
【請求項25】 前記チャンバーが前記イオン化可能なガスに代わってイオ
ン化可能な液体または固体によって満たされていることを特徴とする先行請求項
いずれか1項に記載の検出器。
25. The detector according to claim 1, wherein the chamber is filled with an ionizable liquid or solid instead of the ionizable gas.
【請求項26】 X線源と前記X線源及び被写体間に実質的に平面なX線ビ
ームを形成する手段とからなる面ビームラジオグラフィー用装置において、更に
請求項1乃至請求項25のいずれか1項に記載の検出器を含むことを特徴とする
面ビームラジオグラフィー用装置。
26. An apparatus for surface beam radiography comprising an X-ray source and means for forming a substantially planar X-ray beam between said X-ray source and a subject. An apparatus for surface beam radiography, comprising the detector according to claim 1.
【請求項27】 多数の検出器を積層して検出装置を形成し、実質的に平面
なX線ビームを形成する手段が各検出器に配置され、前記手段が前記X線源及び
被写体間に配置され、X線源と、前記実質的に平面なX線ビームを形成する手段
と前記検出装置とは、被写体を走査するために用いる装置を形成するため相互に
固定されていることを特徴とする請求項26に記載の装置。
27. A means for stacking a number of detectors to form a detector, wherein a means for forming a substantially planar X-ray beam is disposed at each detector, said means being provided between said X-ray source and a subject. Wherein the X-ray source, the means for forming the substantially planar X-ray beam and the detection device are fixed to each other to form a device used for scanning an object. 27. The device of claim 26, wherein
【請求項28】 散乱X線光子を吸収するために吸収プレートが検出器間に
配置されていることを特徴とする請求項27に記載の装置。
28. The apparatus according to claim 27, wherein an absorption plate is disposed between the detectors for absorbing scattered X-ray photons.
【請求項29】 細いスリットあるいはコリメータウインドウが、X線源と
面する各検出器の側部に配置されていることを特徴とする請求項26乃至28の
いずれか1項に記載の装置。
29. Apparatus according to claim 26, wherein a narrow slit or collimator window is arranged on the side of each detector facing the X-ray source.
【請求項30】 放出電子を発生させるためにガスで充填された変換及びド
リフト容積内で気体原子と放射線が相互作用する電離放射線を検出する方法にお
いて、電子が変換ドリフト容積内で第1の電界に曝され、この電界が放射線の方
向と実質的に垂直であり、電子アバランシェを生じさせるためにそれぞれ集中電
界を有する複数の領域の1つに前記電界が、強制的に電子を入らせ、前記電子ア
バランシェが、読み出し素子手段によって検出されることを特徴とする方法。
30. A method for detecting ionizing radiation in which radiation interacts with gas atoms in a conversion and drift volume filled with a gas to generate emitted electrons, wherein the electrons are coupled to a first electric field in the conversion drift volume. Wherein the electric field is substantially perpendicular to the direction of the radiation, the electric field forcing electrons into one of a plurality of regions each having a concentrated electric field to cause electron avalanche; A method wherein an electronic avalanche is detected by the read element means.
【請求項31】 集中電場を有する領域が電場集中手段によって形成されて
いることを特徴とする請求項30記載の方法。
31. The method according to claim 30, wherein the region having a concentrated electric field is formed by electric field concentrating means.
【請求項32】 集中電場を有する領域が開口部又は孔が設けられているア
バランシェ陰極によって形成されていることを特徴とする請求項30記載の方法
32. The method according to claim 30, wherein the region having the concentrated electric field is formed by an avalanche cathode provided with openings or holes.
【請求項33】 集中電場を有する各領域における電子アバランシェによっ
て生じる信号が、個別に検出されることを特徴とする請求項30乃至33いずれ
か1項記載の方法。
33. The method according to claim 30, wherein the signals generated by the electronic avalanche in each region having a concentrated electric field are detected individually.
【請求項34】 集中電場を有する一連の領域における電子アバランシェに
よって生じる信号が、個別に検出されることを特徴とする請求項30乃至33い
ずれか1項記載の方法。
34. The method according to claim 30, wherein the signals generated by the electronic avalanche in a series of regions having a concentrated electric field are detected individually.
【請求項35】 気体原子の代わりに液体又は固体材料に属する原子と放射
線が相互作用することを特徴とする請求項30乃至34いずれか1項記載の方法
35. The method according to claim 30, wherein the radiation interacts with atoms belonging to a liquid or solid material instead of gaseous atoms.
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